[포토공정] 감광제 PR이란?

Photoresist(PR)

감광제인 PR을 도포하는 공정이다. PR은 감광성 고분자 물질로 크게 Solvent, Resin, PAC로 구성되어 있다. 감광 원리에 따라 Positive PR과 Negative PR로 구분된다.

 

• Solvent : 솔벤트는 PR의 97%를 차지할 정도로 많은 부분을 차지하고 있다. 고체인 Resin과 PAC를 용해시켜 스핀 코팅을 용이하게 도와주는 역할을 한다.
• Resin : 레진은 Polymer 결합으로 이루어진 물질로 Positive PR과 Negative PR이 각각 다른 구조를 가지고 있다.
• PAC(Photoactive compound) : PAC는 빛을 받아 Resin과 반응하는 역할을 한다.

 

Positive PR

• 빛을 받은 부분이 제거되고 빛을 받지 않은 부분이 남게 되는 감광제이다. Solvent, Resin(NOVOLAC), PAC(DNQ)로 구성되어 있다.
• PAC가 반응 주체이며, 빛을 받으면 Resin 결합을 끊는 역할을 한다.
• 디아조나프토퀴논(DNQ)과 노볼락수지(페놀프름알데히드수지)의 혼합물을 기반으로 한다. 이를 다른 말로 DNQ-Novolac photoresist라고 부른다.
• Positive PR의 노볼락 수지(Resin)는 아래 사진처럼 육각 구조의 화합물이 연속하여 결합된 형태를 갖고 있다. 여기서 빛을 받을 경우 PAC(DNQ)가 Resin의 결합을 끊게 된다.

NOVOLAC

• DNQ는 노볼락 수지의 용해를 억제하는 역할을 수행한다. 하지만 빛에 노출되면 억제하는 기능을 급격히 일고 반대로 결합을 깨는 역할을 한다.
• 결과적으로 빛에 노출되면 아래 그래프와 같이 노볼락의 용해 속도가 급격하게 증가하게 된다.

DNQ 용해 속도

 

Negative PR

• 빛을 받은 부분이 남고 빛을 받지 않은 부분은 제거되는 PR을 의미한다. 
• PAC가 반응 촉매 역할을 한다. 빛을 받으면 기존 입자를 뭉쳐준다.
• 일반적인 Negative PR은 에폭시 기반의 폴리머가 많다. 제품명은 SU-8이며, 이것의 특성은 빛을 받으면 단단해져서 현상액으로 제거하기 어려워지는 특성을 가지고 있다.

• Nogative PR의 Resin은 아래 사진과 같이 단량체 구조로 되어 있다. 이 구조가 빛을 받게 되면 PAC가 촉매 역할을 하여 단량체 구조가 긴 선형 구조로 연결되게 된다.
• 이때 Negative PR의 문제점이 드러나는데, 단량체 구조가 긴 선형 구조로 연결되면서 분자구조(부피)가 커지는 문제가 발생해 미세 공정 시 문제가 발생한다.

Negative PR

 

Positive PR VS. Negative PR

• Positive PR은 PAC가 반응 주체의 역할을 하고, 빛을 받을 때 Resin의 결합을 끊어 준다. 반면 Negative PR은 PAC가 촉매 역할을 하고 실제 반응은 Resin이 하기 때문에 에너지 효율 측면에서 더 유리하다.
• 하지만 실제 공정에서는 에너지 효율이 좋은 Negative PR보다 Positive PR을 더 많이 사용한다. 그 이유는 Positive PR을 사용할 때 공정의 퀄리티가 더 좋기 때문이다.
• Positive PR은  Etch, Thermal 저항성이 좋고, 산소와의 반응이 적은 편이다. Negative PR은 Etch, Thermal의 저항성이 좋지 않고 산소와 잘 반응하는 편이다.
• 두 PR다 빛에 민감하기 때문에 공정을 진행하는 클린룸에서는 노란 조명을 사용한다.

Positive PR과 Negative PR 비교